‘De kwantummechanica laat zien dat alles met elkaar verstrengeld is’

Honderd jaar geleden ontdekten wetenschappers iets dat tegen al hun intuïties inging: op micro-niveau gedraagt materie zich als deeltje én als golf. Materie bleek twee verschillende vormen tegelijk te kunnen hebben. Ook was de observatie van de wetenschapper van invloed op de toestand van het waargenomen deeltje: zolang je niet waarneemt waar een deeltje is, bevindt het zich niet op een specifieke plek. En zodra je dat wel doet, is niet meer vast te stellen hoe snel het deeltje zich beweegt.

Deze contra-intuïtieve ontdekkingen zouden uiteindelijk leiden tot een paradigmawisseling in de natuurkunde: de geboorte van de kwantummechanica, de natuurkundige theorie waar wetenschappers tot op de dag van vandaag hun hoofd over breken. Een van die wetenschappers is Heinrich Päs, hoogleraar theoretische natuurkunde aan de Technische Universiteit Dortmund. Päs schreef het boek The One waarin hij stelt dat moderne ontwikkelingen in de natuurkunde erop wijzen dat het universum één geheel is, waarin alles met elkaar samenhangt – een idee dat aansluit bij eeuwenoude monistische filosofische theorieën zoals die van de Griekse filosoof Plato (ca. 427-347 v. Chr.). Via een videoverbinding licht Päs zijn ideeën toe.

Volgens u toont de kwantummechanica aan dat het universum niet uit een verzameling losse elementen bestaat, maar één samenhangend geheel is. Kunt u dat uitleggen?
‘De kwantummechanica heeft een paar gekke eigenschappen die in strijd lijken met onze dagelijkse ervaringen. Een daarvan is “superpositie”, het gegeven dat een object verschillende toestanden tegelijk kan hebben. Een bekende uitbeelding hiervan is Schrödingers kat, de kat in een afgesloten doos die zowel dood als levend is. Bij ingewikkelde objecten, die bestaan uit verschillende subsystemen van een atomische kern met daaromheen protonen en neutronen, kunnen de subsystemen elk een superpositie hebben en zich dus in meerdere toestanden tegelijkertijd bevinden. De meerduidige superposities van de subsystemen tellen uiteindelijk op tot een eenduidige toestand van het geheel. Dit noemen we kwantumverstrengeling.

Stel bijvoorbeeld dat we twee katten hebben, en we weten dat er een dood is en een levend. Dan zou het kunnen dat de eerste kat dood is en de tweede leeft, of andersom. Maar in de kwantummechanica kunnen beide katten ook half dood en half levend zijn, of de eerste kat voor 70% levend en voor 30% dood, en de tweede 30% levend en 70% dood. We weten de totale staat van de twee katten – een leeft en een is dood – maar de onderdelen van het geheel kunnen zich in een superpositie van meerdere toestanden tegelijkertijd bevinden.

Als we de wetten van kwantumverstrengeling toepassen op het hele universum, kunnen we stellen dat het enige ding dat niet zo’n superpositie heeft het universum als geheel is. Alle subsystemen – mensen, planeten, sterrenstelsels – bevinden zich in een niet duidelijk gedefinieerde toestand.’

Houdt kwantumverstrengeling niet ook in dat twee deeltjes op enorme afstand met elkaar verbonden kunnen zijn?
‘Ja, experimenten hebben aangetoond dat twee deeltjes die zich ver van elkaar bevinden een opvallende correlatie kunnen hebben. Als het ene deeltje bijvoorbeeld naar links draait, moet de andere naar rechts draaien. Ze vormen twee kanten van dezelfde medaille. Die samenhang is volgens mij gevolg van het feit dat deze twee deeltjes onderdeel zijn van een fundamenteel geheel.’

Maar hoe kan het dat we de wereld wel ervaren als bestaande uit verschillende onderdelen? Dat ik mij in Nijmegen bevind en u zich thuis in Bremen, en dat we niet op twee plekken tegelijkertijd zijn?
‘Dat komt doordat we een beperkte waarneming hebben: we kunnen nooit het hele universum tegelijk waarnemen. We zien maar een gedeeltelijke projectie van het universum, waarin objecten individueel lijken te bestaan. Op een fundamenteel niveau is alles met elkaar verstrengeld, maar wij hebben geen toegang tot dat allesomvattende perspectief.’

Kan zo’n allesomvattend, goddelijk perspectief op de werkelijkheid wel bestaan?
‘Wat bedoelt u met “bestaan”? Voor ons is het waarschijnlijk onmogelijk, maar het is denkbaar. Dat iets niet mogelijk is voor ons, betekent niet dat het niet bestaat.’

Volgens Päs sluiten de ideeën van de moderne natuurkunde goed aan bij verschillende monistische theorieën uit de geschiedenis van de filosofie. Een daarvan is de filosofie van Plato, die onze werkelijkheid beschrijft als een zwakke representatie van een perfecte en eeuwige ‘ideeënwereld’. Päs: ‘Plato schreef al dat wat wij waarnemen een projectie is van de fundamentele werkelijkheid. In zijn allegorie van de grot zitten er een aantal gevangenen in een grot, die de werkelijkheid buiten de grot niet kunnen zien maar enkel de schaduwen van objecten op de muur. Op dezelfde manier zijn onze dagelijkse ervaringen volgens Plato slechts een uitvloeisel van ons beperkte perspectief op de werkelijkheid.’

Was Plato wel echt een monist? Staat de ideeënwereld bij hem niet los van de dagelijkse werkelijkheid?
‘Plato’s theorie van de ideeënwereld houdt slechts in dat de ware werkelijkheid anders is dan de wereld die wij waarnemen. In zijn dialoog Parmenides beschrijft hij de wereld wel degelijk als een fundamentele eenheid, als werkelijk monistisch.

Bovendien zijn er bronnen die getuigen dat hij buiten zijn geschreven dialogen ook een mondelinge leer had die hij enkel besprak met zijn leerlingen aan de Academie. Aristoteles schrijft daar bijvoorbeeld over. We weten dat deze doctrine duidelijker monistisch was, maar dat Plato deze niet geschikt vond om op te schrijven. Ze was enkel bestemd voor een kleine groep van intimi en voor mondelinge discussies. Latere neoplatonisten als Plotinus en Proclus beschouwden dit monistische idee over “het Ene” als de ware essentie van Plato’s leer.’

Even tussendoor… Meer lezen over filosofie en wetenschap? Schrijf je in voor de gratis nieuwsbrief:

Volgens Plato bestaat tijd alleen in onze schaduwwereld en is de fundamentele werkelijkheid tijdloos. Is de kwantumwereld ook tijdloos, denkt u?
‘Er is nog geen kwantumtheorie die het hele universum kan verklaren, maar een idee dat daar aan bij kan dragen is de zogeheten Wheeler-DeWitt-vergelijking. Die vergelijking beschrijft een tijdloos universum. Veel natuurkundigen geloven daarom dat het universum op een fundamenteel niveau tijdloos is en dat de ervaring van tijd een gevolg is van ons beperkte perspectief.’

Een van de consequenties van de kwantummechanica lijkt dat waarnemingen mede de toestand van de wereld bepalen. In hoeverre kun je stellen dat we de wereld ‘maken’ door deze waar te nemen?
‘Er zijn verschillende manieren om de kwantummechanica te interpreteren, en volgens mijn favoriete interpretatie kun je dit wel stellen. Het klinkt raar, maar door bijvoorbeeld uit het raam te kijken creëer je de wereld. Door te observeren stel je dingen definitief vast.

Bij elke observatie creëer je namelijk een nieuw specifiek perspectief. Ik kan een blikje cola vanuit meerdere hoeken bekijken: als ik van bovenaf kijk, zie ik een cirkel; als ik het van de zijkant bekijk, zie ik een soort rechthoek. Door dus vanuit een bepaalde hoek naar dit blikje te kijken “creëer” ik een cirkel of een rechthoek. Op een vergelijkbare manier “maken” Plato’s gevangenen de schaduwen die ze waarnemen op de muur van de grot. Ze denken dat deze schaduwen de werkelijkheid zijn, maar het zijn eigenlijk projecties, een gevolg van het perspectief dat de gevangenen aannemen.’

Tekst loopt door onder afbeelding

Dit doet mij denken aan de Ierse filosoof George Berkeley, die zich afvroeg: als een boom valt in het bos en er is niemand om het te horen, maakt het dan geluid?
‘Er zijn wetenschappers die de kwantummechanica zo interpreteren dat enkel wat we waarnemen werkelijk is, en dat de theorie slechts een instrument is om voorspellingen te doen over hoe de werkelijkheid zich gedraagt.

Maar ik vind dit onbevredigend. Natuurwetenschappelijke theorieën zouden niet slechts een kennisinstrument moeten zijn, maar de natuur moeten beschrijven zoals die is. Alleen wanneer je de kwantummechanica begrijpt als een beschrijving van de natuur, krijg je een consistent beeld en kan je verklaren wat je ziet en ervaart.

Er is volgens de kwantummechanica een deel van de wereld dat we niet kunnen zien. Toch moeten we proberen als wetenschappers ook die delen van de wereld te vatten. De meeste mensen zullen het met me eens zijn dat de maan een achterkant heeft, ook al kunnen we die niet zien.’

The One. How an ancient idea holds the future of physics
Heinrich Päs
Basic Books
368 blz.
€ 18,95